Begasungs/Flotationsreaktor

Abstract

 Ein Begasungs/Flotations-Reaktor insbesondere für Biomasse enthaltende Flüssigkeit umfaßt ein in einem oberen Auffangbecher (11) endendes Schaumrohr (1), das über ein inneres koaxiales Steigrohr (2) übergreift bzw. übergestülpt ist, das einen unteren Einleitungsraum für Flüssigkeit und feinteilige Gasblasen abschließt. Das untere Ende (8) des Schaumrohres (1) ist trichterförmig erweitert und mündet in den unteren Bereich eines Mantelrohres (9) ein, dessen oberes Ende über ein Rückführungsrohr (10) mit dem Einleitungsraum (4) unter dem axialen Steigrohr (2) in Verbindung steht. Das oben offene Mantel­rohr (9) hat einen T-förmigen Flüssigkeitsauslaß (18) mit einem unter den Flüssigkeitsspiegel reichenden Tauchstutzen (19) und einer Auslaßhöhe unmittelbar über dem Abzweig des Rückführungs­rohres (10). Das obere Ende des Schaumrohres (1) ist teleskopartig verlängerbar und gestattet damit eine Anpassung an Flüssig/Gas- Systeme mit unterschiedlichen Schaumeigenschaften.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Begasungs/­Flotations-Reaktor insbesondere für Biomasse enthaltende Flüssigkeit mit einem Schaumrohr mit oberem Auffangbecher sowie einem unteren Einleitungsraum für Flüssigkeit und Gas in Form feiner Blasen.

[0002] Begasung und Flotation von biomassehaltigen Flüssigkeiten können in unterschiedlichen Be­reichen der Biotechnologie eine Rolle spielen. Ein spezielles Beispiel ist die Abwasserbehandlung von Meerwasseraquarien, auf die hier besonders Bezug genommen wird.

[0003] Bei solchen Aquarien wird dem Wasser durch die Fütterung ständig eiweißhaltige Substanz zugeführt, deren Abbau durch Mikroorganismen über längere Zeit hinweg zu einer Anreicherung von speziell für empfindliche Meerestiere schädlichem Nitrat führt.

[0004] Eine Möglichkeit, den Nitratgehalt niedrig zu halten besteht in der denitrifizierenden Behandlung des Wassers in einem rotierenden Festbettreaktor, wie er in der Deutschen Patentanmeldung P 36 08 466 vom 14.03.1986 der Anmelderin beschrieben ist. Das in einem solchen Reaktor denitrifizierte Wasser kann nun jedoch nicht ohne Nachbehandlung wieder in das Aquarium zurückgeleitet werden, da es
- keinen lebenswichtigen Sauerstoff enthält,
- mit wassertrübender Biomasse durchsetzt ist,
- ein Redoxpotential von - 220 mV (Sollwert + 200 bis + 230 mV) aufweist und
- eventuell Nitrit enthält, das bereits in geringen Konzentrationen (ab 1 mg/l) äußerst giftig ist.

[0005] Der erfindungsgemäße Begasungs/Flotations-Reaktor bezweckt daher eine Nachbehandlung des Wassers, das soweit mit Sauerstoff beladen und von Biomasse sowie Nitrit befreit wird, daß es erneut in das Aquarium eingeleitet werden kann.

[0006] Zu diesem Zweck ist der erfindungsgemäße Begasungs/­Flotations-Reaktor der Eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, daß das Schaumrohr ein den Einleitungsraum abschließendes axiales Steig­rohr aufweist, über welches das konzentrische Schaumrohr übergreift bzw. übergestülpt ist, dessen unteres trichterförmig erweitertes Ende in den unteren Bereich eines Mantelrohres einmündet, dessen oberes Ende über zumindest ein Rückführungs­rohr mit dem Einleitungsraum unter dem axialen Steigrohr in Verbindung steht und das einen T-förmigen Flüssigkeitsauslaß aufweist mit einem Tauchstutzen, der unter den Flüssigkeitsspiegel reicht unter einer Auslaßhöhe unmittelbar über dem Abzweig des Rückführungsrohres, wobei das obere Ende des Schaumrohres teleskopartig verlänger­bar ist.

[0007] Zwar ist ein Schaumrohr mit Absetzbecher und unterem Einleitungsraum bereits aus "Zeitschrift des Kölner Zoo" 22 (1979) 69 - 72 bekannt, jedoch ist diese Anordnung in ihrer Wirkungsweise nicht effektiv genug, als daß die vorstehende Forderung erfüllt werden könnte.

[0008] Besondere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

[0009] Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die angefügten Zeichnungen beschrieben: es zeigen:

Figur 1 einen Begasungs/Flotations-Reaktor im Längsschnitt und

Figuren 2 und 3 zwei Querschnitte längs A-A durch einen mit Leitrippen versehenen Reaktor

[0010] Figur 1 zeigt ein Schaumrohr (1) mit einem inneren Steigrohr (2), dessen trichterförmige Verlängerung (3) einen Einleitungsraum (4) abgrenzt, in den von einer schematisch angedeuteten Denitrifika­tion (5) herkommende Flüssigkeit über einen Zulauf (6) eingeleitet wird. Über einen oder mehrere Gasverteiler (7), die insbesondere durch Lindenholzausströmer gebildet werden, wird ein Luft-Ozongemisch (herkommend vom schematisch mit 21 angedeuteten Ozonisator) feinstblasig in die Flüssigkeit innerhalb des Trichters (3) zugeführt. Als Ozonisator dient z. B. ein Gerät der Fa. Sander, Elze (BRD) für wäßrigen Bereich. Der 0₃-Anteil wird so gesteuert, daß noch keine Denaturierung von vorhandenem Eiweiß auftritt.

[0011] Im Steigrohr (2) steigen Gas und Flüssigkeit nach dem Luftheberprinzip aufwärts und gelangen in das Schaumrohr, in dem sich nach oben zu eine Schaumsäule aufbaut, während gleichzeitig eine Abwärtsströmung in dem das Steigrohr umgebenden Abschnitt stattfindet, mit der die Gasblasen abwärtswandern bis zu dem als "Sogentspannungskonus" bezeichneten trichterförmigen Ende (8) in dem die Strömung soweit verlangsamt wird, daß eine Blasenumkehr stattfindet. Das nunmehr wieder aufwärtsströmende Gas begegnet den abwärtsbewegten Blasen, was zu einer kräftigen Durchwirbelung Anlaß gibt, wodurch die Verweilzeit des Gases in der Flüssigkeit erhöht und die Auflösung des Gases im Wasser begünstigt wird. D. h. zwischen Steigrohr und Schaumrohr findet eine turbulente Bewegung der Blasen in beiden Richtungen (sowohl aufwärts als auch abwärts) statt.

[0012] Zwischen Steigrohr und Schaumrohr können als Leitrippen 22, wie durch Figuren 2 und 3 angedeutet wird, gegebenenfalls gewundene Längsrippen vorge­sehen sein, die zu einer Verlängerung der Strömungs­wege führen.

[0013] Die das trichterförmige Ende verlassende blasenfreie Flüssigkeit strömt im Mantelrohr (9) aufwärts und gelangt über das Rückführungsrohr (10) wieder in den Einleitungsraum (4) zurück. Diese Rückfüh­rung dient der möglichst effektiven Aufsättigung der Flüssigkeit mit Sauerstoff, wodurch eine Anhebung des Redoxpotentials von - 220 auf + 200 bis + 230 mV erreicht werden kann. Diese Rückfüh­ rung erfolgt je nach Luftzufuhr und Zufuhr von aufzubereitendem Wasser ca. 60 - 100 mal/h. Im Zulaufwasser enthaltenes Nitrit ist dann zu Nitrat aufoxidiert. Gleichzeitig wird durch diese Rückführung auch dem Biomassenschlupf der Flotation entgegengewirkt. Bei bekannten Vorrichtungen ist dagegen ein Teil der im zu behandelnden Wasser vorhandenen eiweißhaltigen Substanzen noch im Ablauf enthalten (Schlupf).

[0014] Im Raum zwischen Mantelrohr (9) und Schaumrohr (1) können Füllkörper mit Filter- und Adsorberwirkung oder auch mit Mikroorganismen (z. B. aeroben Bakterien) bewachsene Trägerkörper vorgesehen sein, die eine zusätzliche Reinigungswirkung entfalten können.

[0015] Das obere Ende des Schaumrohrs (1) ist in seiner Länge teleskopartig verlängerbar zur Anpassung an den Auffangbecher (11), in dem sich die Biomasse (12) sammelt, die über den Ablauf (13) mit einem nach unten abgebogenen Rohr abgegeben werden kann. Auf dem Auffangbecher (11) befindet sich ein abnehmbarer Siebaufsatz (14) mit unterem Sieb (15) und Aktivkohleschicht (16) über die die ozonhaltige Luft abgegeben wird, wodurch das Ozon katalytisch zerstört wird.

[0016] Unter dem Sieb (15) ist vorzugsweise eine gewölbte Platte (17) angeordnet, die einen Übertritt von Biomasse in das Sieb hinein verhindert.

[0017] Belüftete und von Biomasse befreite Flüssigkeit verläßt das Mantelrohr (9) über den Flüssigkeits­ auslaß (18), dessen unterer Tauchstutzen (19) unter die Flüssigkeitsoberfläche reicht, wodurch ein Mitreißen von Gas und aufschwimmender Biomasse verhindert wird.

[0018] Je nach Luftdosierung baut sich über dem Flüssig­keitsspiegel (20) eine Luft-Wassersäule innerhalb des Schaumrohres (1) auf. Die Höhe dieser Säule ist abhängig von
- der zugeführten Luftmenge,
- Querschnitt und der Länge des inneren Steig­rohres (2),
- Querschnitt und der Länge des Schaumrohres (1),
- der Oberflächenspannung des zu behandelnden Wassers,
- der Belastung mit Biomasse,
- der Ozonzufuhr,
- dem Luftblasenquerschnitt.

[0019] Da beim Betrieb ständig Wasser nachgefördert wird, und dieses das Schaumrohr (1) nicht nach oben hin verlassen kann, entsteht an der Ober­kante des inneren Steigrohres (2) ein Druck, der ausreicht, einen Teilstrom des geförderten Wassers durch das Schaumrohr (1) nach unten zu leiten. Dieser Druck ist abhängig von der geförderten Wassermenge und der im Schaumrohr aufstehenden Luft-Wassersäule. Gleichzeitig werden die im Wasser befindlichen Luft-Ozon-Blasen mit dem nach unten fließenden Wasser bis zum trichterförmigen Ende (8) gesogen, und steigen von dort wieder auf.

[0020] Die im Wasser enthaltene Biomasse lagert sich während der Belüftung an die Luft-Ozon-Blasen an und steigt bis in die Luft-Wassersäule. Je nach Einstellung der vorstehend genannten Parameter bildet sich ein mehr oder weniger fester Biomasse­schaum (Flotation) im obersten Teil der Luft-Wasser­säule. Dieser wird dann von der entweichenden Luft in den Auffangbecher (11) gedrückt. Dort verflüssigt sich die Biomasse und wird über den Ablauf (13) abgeleitet. Dieser ragt mit der Ablauföffnung in die abflotierte Biomasse und verhindert, daß ozonhaltige Luft über ihm entweichen kann. Dies muß zwangsläufig über die dem Auffangbecher (11) liegende Aktivkohle­schicht (16) passieren und wird hier zerstört.

[0021] Die vorstehend beschriebene Anordnung zeichnet sich durch eine hohe Effektivität hinsichtlich der Aufsättigung der behandelten Flüssigkeit mit Gas (Sauerstoff) eine gute Abtrennung von Biomasse bei geringen Betriebskosten und geringer Größe des Gerätes aus. Bei einem Laborgerät hatte das Mantelrohr eine Länge von 1010 mm und einen Durchmesser von 150 mm. Das innere Steigrohr von 40 mm Durchmesser hatte eine Länge von 820 mm (mit Trichter 910 mm). Das 70 mm lichte Schaumrohr (1) hatte eine Länge von 1065 mm bis zur Unterkante des Auffangbechers. Der Auffang­becher (11) mit abnehmbarem Siebaufsatz (14) hatte eine Höhe von 120 mm und einen Durchmesser von 100 mm. Über den Zulauf (6) wurden 20 l/h Flüssigkeit eingeleitet.

[0022] Rückführungsrohr (10) und Flüssigkeitsauslaß (18) hatten eine lichte Weite von 32 mm. Die beschriebene Anordnung diente zur Nachbehandlung von denitriertem Wasser für ein Meerwasseraquarium. Selbstverständlich sind weit größere Ausführungen (z. B. für 1000 l/h) oder auch kleinere Varianten je nach Bedarf ausführbar.

[0023] Das Gerät kann auch zur Abtrennung von eiweiß­haltigen Substanzen bei der aeroben Wasseraufbe­reitung benutzt werden oder zur Klärung von Abwasser der Fisch oder Fleisch verarbeitenden Industrie.

Ansprüche

1. Begasungs/Flotations-Reaktor insbesondere für Biomasse enthaltende Flüssigkeit mit einem Schaumrohr mit oberem Auffangbecher sowie einem unteren Einleitungsraum für Flüssigkeit und Gas in Form feiner Gasblasen, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaumrohr (1) ein den Einleitungsraum abschließendes axiales Steigrohr (2) aufweist, über welches das konzentrische Schaumrohr übergreift bzw. übergestülpt ist, dessen unteres trichterförmig erweitertes Ende (8) in den unteren Bereich eines Mantelrohres (9) einmündet, dessen oberes Ende über zu­mindest ein Rückführungsrohr (10) mit dem Einleitungsraum (4) unter dem axialen Steigrohr (2) in Verbindung steht und das einen T-för­migen Flüssigkeitsauslaß (18) aufweist mit einem Tauchstutzen (19), der unter den Flüssig­keitsspiegel reicht und einer Auslaßhöhe unmittelbar über dem Abzweig des Rückführungs­rohres (10), wobei das obere Ende des Schaum­rohres (1) teleskopartig verlängerbar ist.

2. Reaktor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Auffangbecher (11) in einem insbe­sondere abnehmbaren mit Aktivkohle (16) ge­füllten Siebaufsatz (14) endet.

3. Reaktor nach Anspruch 2,
gekennzeichnet durch
eine nach unten gowölbte, den Querschnitt weitgehend einnehmende, mit der Siebplatte (15) verbundene Scheibe (17) unter dem Sieb­aufsatz (14).

4. Reaktor nach einem der vorangehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
insbesondere mit Mikroorganismen bewachsene Füllkörper zwischen Schaumrohr (1) und Mantel­rohr (9).

5. Reaktor nach einem der vorangehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
einen elektrischen Ozonisator (21) in der Gaseinleitungsstrecke.

6. Reaktor nach einem der vorangehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
Leitrippen (22) zwischen dem Steigrohr (2) und dem Schaumrohr (1).

Zeichnung